變壓器保護(hù)設(shè)計中幾個問題的解決方法探討

1、變壓器保護(hù)設(shè)計中幾個問題的解決方法探討(1)摘要：介紹了大型高壓、超高壓變壓器保護(hù)設(shè)計中的若干技術(shù)問題，對大型高壓、超高壓變壓器保護(hù)設(shè)計中一些技術(shù)問題的解決方法給出了較詳細(xì)的說明和探討。采用零序補(bǔ)償方式校正電流量對變壓器勵磁涌流的識別有利，且可提高其對接地故障的靈敏度；故障分量差動保護(hù)提高了其對匝間短路和高阻接地故障等輕微故障的靈敏度；附加穩(wěn)定特性區(qū)方法解決了TA飽和對差動保護(hù)的影響問題； 采用電流和電壓量的綜合判別來識別TA二次回路斷線和短路故障；采用整定N組定值擬合過激磁曲線方式解決過激磁保護(hù)的工程適應(yīng)問題。 關(guān)鍵詞：勵磁涌流；零序電流補(bǔ)償；故障分量；斷線或短路；過激磁中圖分類號：TM0

2、引言電力變壓器是發(fā)電廠和變電站的主要電氣設(shè)備之一，對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行至關(guān)重要，尤其是大型高壓、超高壓電力變壓器造價昂貴、運行責(zé)任重大。一旦發(fā)生故障遭到損壞，其檢修難度大、時間長，要造成很大的經(jīng)濟(jì)損失；另外，發(fā)生故障后突然切除變壓器也會對電力系統(tǒng)造成或大或小的擾動。因此，它對繼電保護(hù)的要求很高。對大型高壓、超高壓電力變壓器的保護(hù)設(shè)計，一般要求解決以下一些技術(shù)問題。（1）快速準(zhǔn)確的區(qū)分出變壓器的勵磁涌流和各種故障情況，區(qū)內(nèi)故障和區(qū)外故障；（2）迅速準(zhǔn)確的識別出變壓器過勵磁情況，解決對變壓器保護(hù)的影響；（3）提高變壓器在帶負(fù)荷運行情況下發(fā)生輕微匝間短路和高阻接地故障時保護(hù)的靈敏度；（4）解決電

3、流互感器TA二次電路斷線或短路時對變壓器差動保護(hù)的影響；（5）消除TA飽和時對變壓器差動保護(hù)的影響；（6）解決和應(yīng)涌流對變壓器保護(hù)的影響；（7）提高變壓器過激磁保護(hù)對各種變壓器過勵磁倍數(shù)曲線的適應(yīng)性等等。隨著繼電保護(hù)技術(shù)、電子技術(shù)、通信技術(shù)等方面的不斷發(fā)展，為在變壓器保護(hù)設(shè)計中解決這些技術(shù)問題提供了可能。特別是現(xiàn)在大量采用的微機(jī)型變壓器保護(hù)裝置，在越來越好的計算機(jī)硬件平臺的基礎(chǔ)上，具有了更加強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)記憶、計算、邏輯判斷等軟件功能，因此，可以很好地處理和解決變壓器保護(hù)中的這些技術(shù)問題。下面根據(jù)在變壓器保護(hù)方面進(jìn)行研究、設(shè)計和應(yīng)用的體會，對其中幾個技術(shù)問題的解決方法作簡要的探討。1 提

4、高勵磁涌流和故障情況的識別變壓器差動保護(hù)中一個很重要的技術(shù)問題就是防止變壓器勵磁涌流引起差動保護(hù)的誤動。同時，當(dāng)在保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生各種故障時能夠迅速動作切除故障，以保證變壓器可靠、安全運行。提高勵磁涌流識別的一個很重要的環(huán)節(jié)就是對輸入保護(hù)中電流量匹配方法的處理。在電力變壓器中有電流流過時，通過變壓器各側(cè)TA的二次電流不會正好完全平衡。因此，變壓器差動保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計時必須考慮這些因素，只有使得經(jīng)過各側(cè)的電流合理匹配，才能進(jìn)行比較。一般情況下，微機(jī)型變壓器差動保護(hù)裝置可以采用數(shù)學(xué)表達(dá)式來模擬變壓器各側(cè)電流的匹配情況。其通常的編程系數(shù)矩陣數(shù)學(xué)表達(dá)式3為：IOUT = KnAIIN (1)式中，IOUT為匹

5、配后的該側(cè)電流Ia、Ib、Ic的矩陣；Kn為該側(cè)變比平衡系數(shù)；A為該側(cè)相位平衡系數(shù)的矩陣；IIN為該側(cè)輸入電流IA、IB、IC的矩陣。如果采用零序電流補(bǔ)償方式，其通常的編程系數(shù)矩陣數(shù)學(xué)表達(dá)式3為：IOUT = KnAIIN K0I0 (2)式中，I0為該側(cè)中性點零序電流的矩陣；K0為該側(cè)零序變比平衡系數(shù)。例如，對于圖1所示的變壓器接線情況，如果設(shè)定輸入微機(jī)型變壓器差動保護(hù)裝置的變壓器主一次和主二次電流的各側(cè)電流互感器均為星形接法，且同名端均在變壓器的外側(cè)，那么保護(hù)裝置中電流互感器聯(lián)接組的變比匹配和相位修正方式可以采用如下兩種方式：IA1IA2 圖1 Y0 /-11接線變壓器方式一，按照式(1)

6、確定的各側(cè)編程矩陣方程為：（3）(4)顯然，這種匹配方法消除了變壓器Y0接線側(cè)零序電流的影響，這將使該側(cè)變壓器的接地故障靈敏度受到了一定的影響；另外，更重要的一點是使得該側(cè)不同相電流之間互相有影響，從而破壞了它本身的原始特征，因此，對保留變壓器勵磁涌流的原始特征不利，可能會產(chǎn)生對稱性涌流使得對勵磁涌流的識別不利。方式二，同樣針對圖1，采用零序電流補(bǔ)償方式匹配變壓器Y0接線側(cè)的電流，各側(cè)編程矩陣方程按照式(2)和式(1)確定為：(5)(6)可以看出,采用零序電流補(bǔ)償?shù)姆绞?使得變壓器Y0接線側(cè)的零序分量得到了保留，這對該側(cè)的接地故障靈敏度更好些；更重要的是，由于對變壓器一次側(cè)電流互感器輸入的電流

7、沒有相關(guān)合成，所以對變壓器產(chǎn)生的勵磁涌流的原始特征保留情況完整，對識別勵磁涌流有利。因此，采用此種匹配方法可以更好的識別變壓器的勵磁涌流。采用通常方式的匹配方法，如果涌流判據(jù)采用最大相制動，那么故障相將受非故障相電流的影響，因此，在變壓器空投到故障時將延緩保護(hù)動作的時間，對變壓器安全不利；如果涌流判據(jù)采用故障相制動，那么在變壓器空投時容易誤動。然而，采用零序電流補(bǔ)償方式的匹配方法，當(dāng)變壓器空投到故障上時，故障相的電流為故障特征，非故障相的電流為涌流特征，勵磁涌流判據(jù)采用分相制動方式，可以明確區(qū)分勵磁涌流和故障特征，非故障相不會延緩故障相的動作速度，提高了保護(hù)對勵磁涌流和故障的識別。2 提高對匝

8、間短路及高阻接地故障的靈敏度為了更好的保證變壓器的安全運行，能夠可靠、安全地判別出變壓器所發(fā)生的輕微匝間短路和高阻接地故障等輕微故障，對提高變壓器安全運行水平有著重要的意義。采用故障分量差動保護(hù)是解決這一問題的有效方法。故障分量差動保護(hù)采用判別任一相差流是否滿足動作判據(jù)而動作的方法。該保護(hù)的動作特性曲線見圖2。圖2 故障分量差動保護(hù)動作特性該保護(hù)動作判據(jù)的計算公式為：(7)式中，Id87為 最小門檻值；K1 、K2 為比率制動系數(shù)；IGD 為拐點電流值；Ir為制動電流的故障分量；Id為差動電流的故障分量。 本篇論文是由3COME文檔頻道的網(wǎng)友為您在網(wǎng)絡(luò)上收集整理餅投稿至本站的，論文版權(quán)屬原作者

9、，請不要用于商業(yè)用途或者抄襲，僅供參考學(xué)習(xí)之用，否者后果自負(fù)，如果此文侵犯您的合法權(quán)益，請聯(lián)系我們。由于負(fù)荷電流在差動電流和制動電流中均被消除了，所以與故障前的負(fù)荷情況無關(guān)。尤其是在制動電流方面的好處提高了差動保護(hù)的靈敏度。根據(jù)平衡相似網(wǎng)絡(luò)1的概念，故障分量差動保護(hù)的動作性能理論上與故障電阻無關(guān)，或者說可以在較大的故障電阻下動作（靈敏度高）。因此，故障分量差動保護(hù)對變壓器發(fā)生輕微匝間短路和高阻接地故障時的靈敏度要比通常的保護(hù)高得多。3 對電流互感器飽和的識別目前，一方面對于TA的選型已經(jīng)考慮或注意到了其暫態(tài)飽和的問題，如在高壓系統(tǒng)或大型發(fā)電機(jī)變壓器組保護(hù)普遍設(shè)計采用TPY級電流互感器，以及選用

10、帶小氣隙的PR級電流互感器等；另一方面要求保護(hù)裝置本身具有一定的抗TA飽和的能力，特別是抗暫態(tài)飽和的能力。對保護(hù)裝置采用的判別方法主要是利用TA飽和后的電流特征確定。下面介紹一種在變壓器差動保護(hù)中所選用的抗TA飽和的附加穩(wěn)定特性區(qū)判別法3。首先，發(fā)生在被保護(hù)變壓器區(qū)內(nèi)的短路故障所引起的TA飽和是不易用差動電流和制動電流的比值區(qū)分的。這是因為差動電流和制動電流的測量值都會受到影響，而且它們的比值立即就會滿足保護(hù)動作條件。這時，比率差動保護(hù)的動作特性還是有效的，故障特征滿足比率差動保護(hù)的動作條件。其次，對發(fā)生在被保護(hù)變壓器區(qū)外的故障，它產(chǎn)生的較大的穿越性短路電流（特別是其中的非周期分量）引起的TA

11、飽和會產(chǎn)生很大的虛假差動電流，這在各個測量點的TA飽和情況不同時更為嚴(yán)重。如果由此產(chǎn)生的量值引發(fā)的工作點落在了比率差動保護(hù)的動作特性區(qū)內(nèi)，而且不采取任何穩(wěn)定比率差動保護(hù)的措施，比率差動保護(hù)將會誤動作。但是，實際情況是TA并不是在故障一開始就發(fā)生飽和，而是在故障發(fā)生后經(jīng)過一段時間，其鐵心的磁通達(dá)到它的飽和密度后才開始的。這樣，TA從故障起始到開始飽和時總會有一段時間還能夠線性變換電流量，不會立即產(chǎn)生飽和2。因此，按照基爾霍夫電流定律計算變壓器各側(cè)的電流量得到的差動電流，在開始的短時間內(nèi)基本平衡，僅會產(chǎn)生較小的不平衡電流，待TA飽和后才會產(chǎn)生較大的差動電流，引起變壓器差動保護(hù)誤動。針對上述情況，變

12、壓器差動保護(hù)可以設(shè)一個TA飽和時的附加穩(wěn)定特性區(qū)，它能夠區(qū)分出這種變壓器區(qū)內(nèi)、外故障情況，其工作特性見圖3。圖3 差動保護(hù)動作特性 對發(fā)生在被保護(hù)變壓器區(qū)外的故障引起的TA飽和，利用故障發(fā)生的最初的短時間內(nèi)，可以通過高值的初始制動電流（ITA ）檢測出來，此制動電流會將工作點短暫的移至附加穩(wěn)定特性區(qū)內(nèi)。反之，當(dāng)變壓器區(qū)內(nèi)故障時，由于差動電流很大，其與制動電流的比值引發(fā)的工作點會立即進(jìn)入比率差動保護(hù)的動作特性區(qū)內(nèi)。因此，保護(hù)通過測量的電流量值引發(fā)的工作點是否在附加穩(wěn)定特性區(qū)內(nèi)，在短時間內(nèi)由此判別作出決定。一旦檢查出是由外部故障引起的TA飽和，可以選擇自動閉鎖比率差動保護(hù)，并在整定時間TTA內(nèi)一直

13、有效閉鎖比率差動保護(hù)，直到整定的時間到時才解除閉鎖。檢查出變壓器區(qū)外故障引起TA飽和的判據(jù)公式為：Iz ITAId KB1/2Iz （8）t TTA式中，ITA為檢查TA飽和制動電流門檻值；TTA為TA飽和閉鎖時間。在外部故障引起TA飽和閉鎖比率差動保護(hù)期間，如果在變壓器保護(hù)區(qū)內(nèi)也發(fā)生了故障，其引發(fā)的工作點穩(wěn)定、連續(xù)的2個周期工作在高定值的動作區(qū)內(nèi)，那么TA飽和閉鎖會被立即解除，使被保護(hù)變壓器發(fā)展中的故障能夠迅速切除。隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展，將有助于解決電流互感器的飽和問題。目前國外已經(jīng)刊載過有關(guān)光儀用互感器（OCT 、OVT）的應(yīng)用報道4。我國對這項傳感器技術(shù)也投入了大量的資金、人力進(jìn)行研究和

14、開發(fā)。2001年12月初，由中國電機(jī)工程學(xué)會繼電保護(hù)專業(yè)委員會在北京召開的主設(shè)備保護(hù)學(xué)術(shù)研討會上，有專家作了光電流互感器及其在繼電保護(hù)（國內(nèi)外）中的應(yīng)用的專題報告，在這一領(lǐng)域已經(jīng)取得了可喜的進(jìn)展，可以預(yù)計在不遠(yuǎn)的將來這一革命性的成果必將得到應(yīng)用。4 電流互感器二次電路斷線或短路時的對策歷來，微機(jī)型變壓器差動保護(hù)對判別其TA二次電路的斷線或短路故障比較困難。原因是單純通過本身的電流量去判斷接線比較復(fù)雜的TA二次電路中多種多樣的斷線和短路故障，很難與各種各樣的系統(tǒng)異?；蚬收锨闆r區(qū)分，因此很多微機(jī)型變壓器差動保護(hù)都只是配有簡單的TA二次電路斷線判別元件。針對這種情況，介紹一種由電流量和電壓量共同判別

15、TA二次電路斷線或短路的判別原理，它特別適合于主后備一體化方式的微機(jī)型變壓器保護(hù)裝置。變壓器差動保護(hù)的差流異常報警和TA二次電路斷線或短路判據(jù)有：（1）差流異常告警。當(dāng)任何一相差流的有效值大于告警門檻值，而且連續(xù)滿足該動作條件的時間超過10 s時，保護(hù)裝置發(fā)出差流異常告警信號，但是不閉鎖比率差動保護(hù)。該項功能兼有TA二次電路斷線或短路、采樣通道異常（器件損壞或特性改變等）、外部接線回路不正常等情況的綜合告警作用。（2）瞬時TA斷線或短路告警。該判據(jù)在保護(hù)啟動后滿足以下任一條件時開放比率差動保護(hù)。a 任一側(cè)任一相的電壓元件有突變啟動；b 任一側(cè)負(fù)序電壓大于門檻值；c 啟動后任一側(cè)的任一相電流比啟

16、動前增大；d 啟動后最大相電流大于1.2 Ie 。如果上述排除系統(tǒng)故障或擾動的判據(jù)不滿足，而差動電流的工作點滿足公式（9）時，那么保護(hù)判別為TA二次電路斷線或短路故障，而不認(rèn)為發(fā)生了變壓器內(nèi)部短路故障。Id IdsetId k Iz （9）式中，Idset為檢查斷線或短路差動電流門檻值；k為檢查斷線或短路的比率系數(shù)。由于以上判據(jù)選擇了電流量和電壓量綜合判別，所以對TA二次電路的各種斷線或短路情況都能夠很好地判別出來。因此，不僅全面增加了電流互感器二次電路故障情況的判別類型范圍，而且對其二次電路的各種各樣的斷線或短路情況判別得更準(zhǔn)確、更可靠、更全面。當(dāng)然，為了滿足不同客戶的要求，該判據(jù)可以有不同

17、的選擇策略。5 過激磁保護(hù)的設(shè)計大型變壓器的過激磁保護(hù)配置在變壓器的高壓側(cè)或中壓側(cè)，以避免由于電壓升高或系統(tǒng)頻率降低造成變壓器過激磁引起變壓器嚴(yán)重過熱損壞而危及設(shè)備、系統(tǒng)和保護(hù)裝置的安全運行。大型變壓器的過激磁能力變化較大，各國給出的變壓器耐受過激磁能力的過激磁倍數(shù)曲線差別較大。為了更好的利用變壓器本身的耐受過激磁的能力，避免過早或過晚切出變壓器，需要開發(fā)一種變壓器反時限過激磁保護(hù)。 本篇論文是由3COME文檔頻道的網(wǎng)友為您在網(wǎng)絡(luò)上收集整理餅投稿至本站的，論文版權(quán)屬原作者，請不要用于商業(yè)用途或者抄襲，僅供參考學(xué)習(xí)之用，否者后果自負(fù)，如果此文侵犯您的合法權(quán)益，請聯(lián)系我們。對于變壓器的過激磁情況，

18、比較典型的過激磁倍數(shù)曲線是德國標(biāo)準(zhǔn)VDE-0532/8.64、GE公司和西屋公司等采用的幾種曲線。如何采用恰當(dāng)?shù)暮瘮?shù)來模擬選擇的變壓器過激磁倍數(shù)曲線是一件不容易的事情。目前廣泛為各國采用的是ABB公司提出的變壓器過激磁反時限保護(hù)動作判據(jù)。但是該動作判據(jù)在實際運行中與被保護(hù)變壓器的過激磁能力匹配得不理想。由此可知，采用確定的函數(shù)公式來等價實際變壓器的過激磁能力有匹配不夠理想的缺陷1，而且由于不同變壓器的過激磁能力差異較大，因此，采用固定公式的動作判據(jù)不能很好滿足實際工程的需要。針對這種情況，介紹一種曲線擬合式的反時限過激磁保護(hù)動作判據(jù)，即按照被保護(hù)變壓器的實際過激磁能力曲線確定N個點的對應(yīng)數(shù)值，

19、通過這N個點的數(shù)值作為保護(hù)的整定值輸入保護(hù)裝置來線性擬合被保護(hù)變壓器的實際過激磁能力曲線。由于過激磁對變壓器造成的危害主要是使變壓器局部過熱，因此采用“發(fā)熱累積有效值概念”的方法更符合變壓器過激磁的實際情況。求過激磁倍數(shù)n的計算公式為（10）式中，n(t)為過激磁倍數(shù)測量值隨時間變化的函數(shù)；T為過激磁開始到計算時刻的時間。該動作判據(jù)可適應(yīng)不同的變壓器，且與實際工作情況匹配的比較理想。6 結(jié)束語通過對變壓器保護(hù)設(shè)計中幾個技術(shù)問題較詳細(xì)的分析和探討表明，這些問題對變壓器保護(hù)的正確工作影響重大，如果不能夠很好的解決這些問題，就會直接影響變壓器保護(hù)的性能，甚至?xí)斐勺儔浩鞅Ｗo(hù)的誤動或拒動。針對這些問題

20、所給出相應(yīng)的較詳細(xì)的解決方法有：采用零序補(bǔ)償方式校正電流量；采用故障分量差動保護(hù)提高對輕微故障的靈敏度；附加穩(wěn)定特性區(qū)方法解決了TA飽和對差動保護(hù)的影響問題；采用電流量和電壓量的綜合判別來識別TA二次回路斷線和短路故障；采用任意整定N組定值擬合過激磁曲線方式解決過激磁保護(hù)的工程適應(yīng)問題。通過這些解決方法可以保證和提高變壓器保護(hù)的可靠工作和安全運行。參考文獻(xiàn)：Discussion of solution of several questions of design in the power transformer protectionAbstract: The several technology questions of the design about high voltage and ultra-high voltage large power transformer protection is introduced.The paper describes the solution and discussion about them in detail. Adopt zero sequence current compensation to revise t